Leiter der Zukunft (Hohlkabel) oder Ressourcenschonung in der Kabelproduktion

Die Herstellung von Kabelleitungen und Stromschienen steht in direktem Zusammenhang mit der Gewinnung und Produktion von: Aluminium und Kupfer, da diese die Hauptleiter sind. Heutzutage ist zu bedenken, dass diese Ressourcen erschöpfbar und nicht erneuerbar sind und dass aufgrund der Tatsache, dass sich die Menschheit allmählich weiterentwickelt, immer mehr dieser Ressourcen benötigt werden. Daher erfordert unsere Zukunft die Entwicklung neuer Materialien und den sparsameren (rationelleren) Umgang mit Ressourcen. In diesem Artikel wird ein neuer Ansatz für die Herstellung von Kabelleitungen vorgeschlagen, der auf dem Oberflächeneffekt im Leiter – dem Skin-Effekt – basiert.

VERBESSERUNG NATÜRLICHER RESSOURCEN – Heutzutage steigt mit der Geschwindigkeit der menschlichen Entwicklung der Bedarf an natürlichen Ressourcen, und diese werden wiederum in erneuerbare und nicht erneuerbare unterteilt.

Nicht alle Ressourcen sind kostenlos, begrenzt und selten. Das Konzept der begrenzten Ressourcen ist weit verbreitet. Nur bei Knappheit und begrenzten Ressourcen, auf deren Grundlage Güter geschaffen werden, entstehen Probleme wirtschaftlicher Natur.Wirtschaftliche Probleme entstehen nicht, wenn die Menge an Gütern und Ressourcen, mit denen die menschlichen Bedürfnisse befriedigt werden, unbegrenzt ist. Ihr rationeller Einsatz kann jedoch die Wettbewerbsfähigkeit eines Produzenten steigern, der an einer effizienten Ressourcennutzung und Gewinnmaximierung interessiert ist, und auch einige menschliche Bedürfnisse befriedigen.

Die objektiven Grundlagen der Wettbewerbsfähigkeit von Herstellern auf dem Markt werden durch ihre Fähigkeit bestimmt, mit anderen Herstellern, die im gleichen Marktsegment tätig sind und ähnliche Produkte herstellen, zu konkurrieren sowie eine starke Wettbewerbsposition über einen langen Zeitraum zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Dies ist die Hauptvoraussetzung für den erfolgreichen Betrieb, der sich letztlich in der Rentabilität ausdrückt.

Dazu müssen Sie einerseits die Hauptmerkmale der Wettbewerbsposition kennen, die Sie in Zukunft einnehmen möchten, und andererseits eine klare Vorstellung davon haben, welche Ressourcen und Fähigkeiten ein Wettbewerber bietet Vorteil, den es dafür haben muss und welcher davon tatsächlich verfügbar ist oder verfügbar sein wird. [1]

Die Hauptmaterialien bei der Herstellung von Kabeln und Stromschienen sind Kupfer und Aluminium – dies liegt an ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit, ausreichend hohen mechanischen Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, guten Verarbeitbarkeit und der Möglichkeit des einfachen Lötens und Schweißens.

Da diese Ressource erschöpfbar ist, ist eine sparsamere und effizientere Nutzung erforderlich.

Wenn man über die wirtschaftliche und effiziente Entwicklung der Stromübertragungsrichtung entlang von Kabeltrassen und Buskanälen spricht, kommen folgende Richtungen in Betracht:

1) Entwicklung neuer Materialien, die den notwendigen elektrischen Eigenschaften zur Übertragung elektrischer Energie entsprechen.

2) Entwicklung von Methoden zur Herstellung von Kabelleitungen und Stromschienen.

3) Entwicklung neuer Methoden zur Übertragung elektrischer Energie.

In diesem Artikel wird eine neue Methode zur Kabelherstellung vorgeschlagen, die auf der Methode des Oberflächenausbreitungseffekts – dem Skin-Effekt – basiert.

Oberflächeneffekt im Leiter. Hauteffekt. Frequenzeigenschaften

Wechselstrom wird von elektromagnetischen Phänomenen begleitet, die zur Verschiebung elektrischer Ladungen von der Mitte des Leiters zu seiner Peripherie führen. Dieser Effekt wird als Oberflächeneffekt oder Skin-Effekt bezeichnet. Durch diesen Effekt wird der Strom inhomogen. In der Peripherie fällt der Strom stärker aus als im Zentrum. Dies ist auf den Unterschied in der Dichte freier Ladungsträger im senkrechten Querschnitt des Leiters in Bezug auf die Stromrichtung zurückzuführen.

Die aktuelle Eindringtiefe wird nach folgendem Ausdruck ermittelt:

Unter Verwendung der obigen Formel für Kupferdraht beträgt die Eindringtiefe bei einer Stromfrequenz von 50 Hz etwa 9,2 mm. Tatsächlich bedeutet dies, dass bei einem Draht mit kreisförmigem Querschnitt und einem Radius von mehr als 9,2 mm in der Mitte des Drahtes kein Strom fließt, da dort keine freien Ladungsträger vorhanden sind.

Je höher die Stromfrequenz, desto geringer ist die Eindringtiefe. Eine Verdoppelung der Stromfrequenz führt zu einer Verringerung der Eindringtiefe um die Quadratwurzel von zwei. Wenn die Frequenz des Stroms um das Zehnfache zunimmt, verringert sich die Eindringtiefe um das Zehnfache.

Aktuelles Verteilungsdiagramm

Die Grafik zeigt deutlich die Verteilung der Stromdichte J in einem Rundleiter (zylindrisch).Jenseits der Eindringtiefe ist die Stromdichte null oder vernachlässigbar, da sich an diesen Stellen des Drahtes keine freien Elektronen mehr befinden. An diesen Orten gibt es keine Strömung.

Wenn leitendes Material aus der Mitte eines solchen Drahtes entfernt wird, wo kein Strom fließt, erhalten wir einen Hohldraht in Form einer Röhre (Röhre). Die Leitfähigkeitseigenschaften ändern sich dadurch nicht, da dort kein Strom vorhanden war, ändert sich der Widerstand eines solchen Drahtes nicht, aber Eigenschaften wie Induktivität und Kapazität des Drahtes können sich ändern.

Praktische Nutzung des Skin-Effekts

Unter Berücksichtigung der aktuellen Eindringtiefe für verschiedene Frequenzen ist es sinnvoll, ein mehradriges Kabel zu verwenden, wenn ein Draht mit einem Radius erforderlich ist, der größer als die Eindringtiefe ist. Nehmen wir an, dass bei einer Stromfrequenz von 50 Hz der Grenzradius etwa 9 mm beträgt, was bedeutet, dass es keinen Sinn macht, mit einem Massivdraht mit einem Radius von mehr als 9 mm zu arbeiten. Dadurch wird die Leitfähigkeit nicht erhöht, da in der Mitte des Drahtes kein Strom fließt, was eine irrationale Verwendung von teurem Kupfer darstellt. Deshalb werden bei großen Querschnitten mehradrige Leitungen und Kabel eingesetzt. [2]

Um Ressourcen zu schonen, wird davon ausgegangen, dass ein Hohldraht mit einer Drahtstärke von mehr als 9 mm verwendet wird.

Heute stellt Luvata Hohldrähte her.

Luvata bietet ein breites Sortiment an Kupferhohldrähten für Generatoren, Magnetspulen, Induktionsöfen und eine Vielzahl anderer Anwendungen.

Der Größenbereich des Hohldrahtes reicht von 4 x 4 mm (20 kg/m).

Die Hohldrähte bestehen aus hochreinem, sauerstofffreiem OF-OK®-Kupfer mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, mindestens 100 % IACS.Wenn es für die technischen Eigenschaften des Hohldrahtes erforderlich ist, einen höheren Erweichungspunkt oder einen höheren Kriechindex des silberhaltigen Metalls zu haben, werden Kupfer, Marken CuAg 0,03 % oder CuAg 0,1 %, hergestellt auf der Basis von Kupfer OF-OK®, verwendet. wurden benutzt.

Hohlkupferdrähte werden häufig in Branchen wie der Energieerzeugung sowie in medizinischen und Forschungsgeräten eingesetzt. [3]

Hohldrahtanwendungen

• Magnetresonanzgeräte

• Magnete für Anwendungen in der Hochenergiephysik

• Teilchenbeschleuniger

• Generatoren

• Induktionsöfen

• Ausrüstung für die Plasmaforschung

• Elektrodynamische Shaker

• Ionenlegierungsanlagen zur Herstellung von Mikroschaltungen

• Separatoren für hochintensive Magnetfelder

Doch heute gibt es keine Produktion von Hohldrahtkabelleitungen.

Wir empfehlen die Verwendung des folgenden Kabelliniendesigns.

Abbildung 1. Hohldraht

Wir empfehlen außerdem die Verwendung eines Litzenmantels.

Abbildung 2. Ein verseilter Hohldraht mit einem mit PVC gefüllten Hohlraum

Diese Entwicklung ermöglicht einen sparsamen und rationellen Umgang mit Ressourcen.